深入理解js event loop机制

问题

    1. 单线程如何做到异步

    2. 事件循环的过程是怎么样的

    3. macrotask和microtask是什么,它们有什么区别

单线程和异步

    js是单线程、异步的,那么单线程是如何做到异步呢?先了解下单线程和异步的关系。

    js的任务分为同步和异步两种,它们的处理方式不同,同步任务是直接在主线程上排队执行,异步任务则会被放到任务队列中,若有多个任务(异步任务) 则要在任务队列中排队等待,任务队列类似一个缓冲区,任务下一步会被移到调用栈(call stack),然后主线程执行调用栈的任务。

    单线程是指js引擎中负责解析执行js代码的线程只有一个(主线程),即每次只能做一件事,而我们知道一个ajax请求,主线程在等待它响应的同时会去做其他事情,浏览器先在事件表注册ajax的回调函数,响应回来后调用函数会被添加到任务队列中等待执行,不会造成线程阻塞,所有说js处理ajax请求的方式是异步的。

    总而言之,检查调用栈是否为空,以及确定把哪个task加入到调用栈的这个过程就是事件循环,而js实现异步的核心就是事件循环。

调用栈和任务队列

    调用栈是一个栈结构,函数调用会形成一个栈帧,帧中包含了当前执行函数的参数和局部变量等上下文信息,函数执行完毕后,它的执行上下文会从栈中弹出。

    下图是调用栈和任务队列的关系图

事件循环

    关于事件循环,HTML规范的介绍

There must be at least one event loop per user agent, and at most one event loop per unit of related similar-origin browsing contexts.

An event loop has one or more task queues.

Each task is defined as coming from a specific task source.

    从规范理解,浏览器至少有一个事件循环,一个事件循环至少有一个任务队列(macrotask),每个任务都有自己的分组,浏览器会为不同的任务设置优先级。

macrotask & microtask

    规范提到两个概念,但没有详细介绍,查阅一些资料大概可以总结如下:

    macrotask: 包含执行整体的js代码,事件回调,XHR回调,定时器(setTimeout/setInterval/setImmediate),IO操作,UI render

    microtask: 更新应用程序状态的任务,包括promise调用,MutationObserver,process.nextTick,Object.observe

    其中serImmediate和process.nextTick是nodejs的实现

事件处理过程

    关于macrotask和microtask的理解,下面这张图介绍非常清楚:

总结起来,一次事件循环的步骤包括:

1. 检查macrotask队列是否为空,非空则到2,为空则到3

2. 执行macrotask中的一个任务

3. 继续检查microtask队列是否为空,若有则为4,否则到5

4. 取出microtask中的任务执行,执行完成返回到步骤3

5. 取出视图更新

macrotask & microtask的执行顺序

下面一段代码感受:

控制台输出的log顺序是什么?下图分析:

    首先,全局代码(main())压入调用栈执行,打印start,接下来setTimeout压入macrotask队列,promise.thrn回调放入microtask队列,最后执行console.log('end'),打印end。

    至此,调用栈中的代码被执行完成,回顾macrotask的定义,我们知道全局代码属于macrotask,macrotask执行完,接下来就是执行microtask队列的任务,执行promise回调打印promise1。

    promise回调函数默认返回undefined,promise状态变为fullfill触发接下来的then回调,继续压入microtask队列,event loop会把当前的microtask队列一直执行完,此时执行第二个promise.then回调打印出promise2。

    这时microtask队列已经为空,从上面的流程图可以知道,接下来主线程会做一些UI渲染工作(不一定会做),然后开始下一轮event loop,执行setTimeout的回调,打印setTimeout。这个过程会不断重复,也就是所谓的实际循环。

视图渲染的时机

    回顾上面的时机循环示意图,update rendering(视图渲染)发生在本轮事件循环的microtask队列被执行完之后,也就是说执行任务的耗时会影响视图渲染的时机。通常浏览器会以每秒60帧(60fps)的速度刷新页面,据说这个帧率最适合人眼交互,大概16.7ms渲染一帧,所有如果要让用户觉得顺畅,单个macrotask及它相关的所有microtask最好能在16.7ms内完成。

    不是每轮事件循环都会执行视图更新,浏览器有自己的优化策略,例如把几次的视图更新累积到一起重绘,重绘之前会通知requestAnimationFrame执行回调函数,也就是说requestAnimationFrame回调的执行时机是在一次或多次事件循环的UI render阶段。

    一下代码可以验证

运行结果如下:

总结

1.事件循环是js实现异步的核心

2.每轮事件循环分为3个步骤:

  2.1 执行macrotask队列的一个任务

  2.2 执行完当前microtask队列的所有任务

  2.3 UI render

3.浏览器只保证requestAnimationFrame的回调在重绘之前执行,没有确定的时间,何时重绘由浏览器决定。

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